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普及自動駕駛的福音 解析固態激光雷達的利與弊

2018年05月02日 09:42

 作為自動駕駛的核心裝備之一的激光雷達,為何在汽車上沒有大規模應用?原因就是其幾萬美元的價格實在太高,甚至比測試車還要貴。目前,很多激光雷達供應商的產品十分昂貴,量產汽車根本搭載不起,為了自動駕駛技術的普及與發展,固態激光雷達也就成為了市場的新寵兒。今天和大家聊聊固態激光雷達,看看它有比傳統激光雷達到底強在哪兒。

目前我們常見的車載激光雷達,基本都是機械式,其明顯特征就是擁有機械部件可以旋轉,比如百度自動駕駛汽車上的Velodyne 64線激光雷達。它的優勢以前的文章已經介紹過,我們就不在多說了,但由于機械式的設計也直接構成了當下激光雷達的幾項不足。首先,光路調試、裝配復雜,生產周期漫長,導致成本居高不下。其次,機械旋轉部件在行車環境下的可靠性不高,難以符合車規的嚴苛要求。

因此,為了降低激光雷達的成本,也為了提高可靠性,滿足車規的要求,激光雷達的發展方向自然從機械式激光雷達轉向了固態激光雷達。

所謂的固態激光雷達,大家普遍的認識是不旋轉的就是固態激光雷達。通常分為三種,基于相控陣、Flash、MEMS三種方式實現的。

采用相控陣原理實現固態激光雷達,完全取消了機械結構,通過調節發射陣列中每個發射單元的相位差來改變激光的出射角度。光學相控陣一般都是通過電信號對其相位進行嚴格的控制實現光束指向掃描,因此也可以稱為電子掃描技術。但也易形成旁瓣,影響光束作用距離和角分辨率,同時生產難度高。

采用3D Flash技術的固態激光雷達屬于非掃描式雷達,發射面陣光,是以2維或3維圖像為重點輸出內容的激光雷達。雖然穩定性和成本不錯,但主要問題在于探測距離較近,在技術的可靠性方面還存在問題。

而基于MEMS的固態激光雷達,是通過微振鏡的方式改變單個發射器的發射角度進行掃描,由此形成一種面陣的掃描視野。目前基于MEMS方式的激光雷達,有很多的廠家在研發。MEMS相對于前兩者,技術上更容易實現,且價格也比較低廉。因此被主機廠商也一致看好。

固態激光雷達有很多優勢,首先其結構簡單、尺寸小,由于不需要旋轉部件,可以大大壓縮雷達的結構和尺寸,提高使用壽命,并降低成本。其次,機械式激光雷達由于光學結構固定,適配不同車輛往往需要精密調節其位置和角度,固態激光雷達可以通過軟件進行調節,大大降低了標定的難度,加快掃描速度快與精度。

不過固態激光雷達也有它相應的缺點,固態意味著激光雷達不能進行360度旋轉,只能探測前方。因此要實現全方位掃描,需在不同方向布置多個固態激光雷達。另外,固態激光雷達依然無法解決極端氣候下,無法施展性能的弊端。如果與全天候工作的毫米波雷達相結合的話,必然可以大大提升自動駕駛汽車的探測性能。

Quanergy是一家專注于研發激光雷達的初創公司,在2016年發布了號稱全球首款的固態激光雷達傳S3,其成本在200美元。官方透露,如果量產每臺成本有望控制在100美元。S3采用了相控陣技術,不含任何旋轉活動部件,實現了小型化,并提高了可靠性。

在效果上,S3可以達到厘米級精度,30赫茲掃描頻率,0.1 °的角分辨率以及不同天氣條件下的高穩定性。這些特性比起一般的激光雷達,更具競爭力。雖然只有八線,但是每秒鐘掃描接近0.5個百萬點,產生五十萬點的點云數據量,就是橫向掃描的時候,橫向的角度分辨率非常高。

速騰聚創是一家研發機器人感知產品的激光雷達公司,其固態激光雷達RS-LiDAR-M1 Pre曾在今年的CES展上正式對外公布,M1 Pre的探測距離超過 200米,水平測角與垂直測角為63 °*20°,刷新幀率為20fps,角分辨率為0.09 °*0.2 °。

據了解,這是目前全球范圍內已發布MEMS激光雷達中最小角分辨率的一款產品。最小角分辨率意味著激光雷達擁有洞察分毫的探測能力。

盡管目前車載激光雷達的主流仍然是機械式激光雷達,但從長遠而言,它終究難以滿足自動駕駛普及提出的大規模、低成本、車規級需求。因此,固態激光雷達順理成章地接過了這一棒,成為了車載激光雷達的下一個發展趨勢。可以預見的是,激光雷達固態化、小型化、低成本化是大勢所趨。

總結:傳統激光雷達產品短期內還難以擺脫高成本的制約,這樣一來價格優勢更加明顯的固態激光雷達,無疑是各大廠商更好的選擇。未來激光雷達將朝著固態化、小型化、低成本化的趨勢發展,只有這樣低成本高精度的激光雷達,我們才能更早的普及自動駕駛汽車。

來源:蓋世汽車

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